Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
В табл. 6.1 и 6.2 приведены ядерно-физические свойства тория и основных изотопов урана и плутония. Они существенно различаются между собой. Важнейшее значение имеет сечение деления делящихся нуклидов при данной энергии нейтронов, а также среднее число нейтронов, выделяющихся в одном акте деления v. Чем выше значения этих величин, тем лучше ядерно-физические свойства ядерного топлива. Отношение сечения деления к сумме сечений деления и радиационного захвата a//(az+crnv) определяет коэффициент использования делящихся нуклидов в реакциях на тепловых нейтронах (табл. 6.1). Самый высокий коэффициент использования имеет 233U при всех энергиях нейтронов. В результате деления ядер высвобождается внутриядерная энергия, которая в активной зоне реактора преобразуется в тепловую, отводимую теплоносителем. Для точности физических расчетов необходимо учитывать также сечения реакций упругого рассеяния нейтронов. « В реакциях на. быстрых нейтронах большое значение для воспроизводства вторичного топлива имеют сечения радиационного захвата и их соотношения с сечениями деления (табл. 6.2).
Из табл. 6.1 видно, что по своим ядерно-физическим свойствам большое значение для ядерной энергетики наряду с плутонием может иметь 233U (вторичное ядерное топливо). Огромные ресурсы 232Th вместе с 238U можно рассматривать как колоссальный сырьевой резерв материалов для расширенного воспроизводства делящихся нуклидов.
Физические свойства металлического урана. Уран — металл, имеющий очень высокую плотность (19,05 г/см3 при 25°С). С по-
* Изотопный состав природного урана, реакции деления и радиационного захвата, а также особенности энергетического использования ядерного топлива см. в гл. 4 и 5.
Таблица 6.1. Ядерио-физические константы Th, U и Pu при взаимодействии с тепловыми нейтронами
Нуклид
Энергия порога деления, МэВ
Тепловые нейтроны (?=0,025 эВ)
onv б
°f
V
1,3
7,4
2"IJ
<0,025-10-«
531,1
47,7
0,088
2,49
0,92
2»6!Т
<0,025-10-6
582,2
98,6
0,169
2,48
0,85
««U
<0,025-10-е
—
5,2
—
—
—
238TJ
1,2
—
2,7
—
—
—
238рц
<0,025-10-е
16,5
547
•N.33
_
¦N.0,03
23 «Pu
<0,025-10-в
742,5
268,8
0,362
2,87
0,74
24врц
0,5
0,03
289,5
_
—
—
"1Pu
<0,025-Ю-»
1009
368,1
0,365
2,93
0,74
2«Рц
<0,025 -10-6
<0,2
18,5
>92
—
-
Таблица 6.2. Ядерио-физические константы Th, U и Pu прн взаимодействии с быстрыми нейтронами*
Нуклид
Быстрые нейтроны (смягченный спектр) (?=0,1-=-0,2 МэВ)
Быстрые нейтр^ьы (?=2.0 M3E)
"f б
б
"пі
'f
af+ant
о
2,18 1,47 0 0
0,558 1,507 0,079 2,009 0,015
0,251 0,214 0,369 0,327 0,166 0,177 0,234 0,230 0,227 0,212
0,98 0,25
0,32 0,15 2,92 0,11 14,2
2,51 2,43 2,34
2,92 2,88 2,87 2,94 2,78
1,0
0,-90
0,20
1,0
1,0
0,24
0,73
0,74
0,10
0,89
0,112 1,902 1,274 0,828 0,535 2,175 1,964 1,660 1,685 1,448
2,17 2,66 2,67 2,58 2,63 3,19 3,12 3,12 3,18 3,10
* По данным Центра ядерных данных ГКИАЭ СССР при Физико-энергетическом ннститу» те (ФЭИ).
вышением температуры плотность снижается и при 10000C составляет 17,67 г/см3. Уран в 1,7 раза тяжелее свинца, в 1,4 раза тяжелее ртути и почти равен по плотности вольфраму (19,3 г/см3). Поверхность свежеполированного металла имеет сильный блеск, но после пребывания на воздухе уран окисляется — блекнет, покрывается цветами побежалости.
Уран полиморфен. Известны три кристаллические фазы урана (а, р1 и у), существующие в различных интервалах температур (рис. 6.1). а-Уран обладает сильной анизотропией свойств; (і-уран хрупок и также анизотропен, но в меньшей степени; у-уран анизотропен, пластичен. Твердость а-урана в 2 раза выше, чем твердость железа. Удельная теплоемкость металлического урана при 18 °С
Рис. 6.1. Изменение фазового состояния чистого металлического ураиа
Жидкая /раза
Температура плавления (11SO0C)
г-Фаза (аЪъемноцентрированная \ґ кубическая решетка)
fl-фаза (тетрагональная
решетка) 66TC Ґ
Уая фаза \ . а-фаза
X (ортаромЪическая \* решетка)
О
Время, ч
равна 0,028 кал2/(г-град) ['—11,8 Вт/(м-град)]; она в 3,3 раза меньше, чем у меди. При повышении температуры до 9000C удельная теплоемкость растет.
Теплопроводность урана низка: примерно в 3 раза ниже, чем нержавеющей стали, и в 13 раз меньше, чем меди. Теплопроводность а-урана анизотропна и существенно увеличивается с ростом температуры: при 2000C она равна '-0,07 кал/(см-с-град) 29,4 Вт/(м-град)], а при 6500C ~0,10 кал/(см -с- град) 42 Вт/(м-град)] и зависит.от чистоты металла. Небольшие леги->ующие добавки (например, алюминия, молибдена) мало влияют на теплопроводность металлического урана. Давление паров урана при температуре ниже 15000C ничтожно мало. Теплота превраще* ния а-фазы в fj-фазу составляет 2,86—2,99 кал/г ('—12—12,6 Дж/г), а р-фазы в у-фазу — 4,8—4,89 кал/г ('—20,2-20,6 Дж/г). Удельная теплота плавления '-20 кал/г (84 Дж/г), парообразования 450 кал/г (—1890 Дж/г). Для а- и (3-фаз температурный коэффициент линейного расширения различен и зависит от кристаллографического направления и температуры (табл. 6.3).
